基于云平台的经管类实验室建设项目研究
刘欣页，国晓辉，宫 铭
（沈阳化工大学 经济与管理学院，沈阳 110142）
［摘 要］ 随着云计算技术的迅猛发展，实践教学方式不断转变，经管类各专业对实验室建设提出了新要求。本文对基于云平台的经管类实验室建设进行研究，分析了传统实训类实验室现状，通过对比云平台实验室与传统PC机实验室，提出了一种可行方案，旨在为相关研究提供借鉴。
［关键词］ 教学改革；实验室建设；实验教学；云计算
0 引 言
《教育部等部门关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》中明确指出，“实践教学是学校教学工作的重要组成部分，是深化课堂教学的重要环节，是学生获取、掌握知识的重要途径。”随着云计算技术的迅猛发展，实践教学方式不断发生转变。全国各高校着力改进教育体系改革，注重学生实践能力培养，经管类本科生教育培养方案大幅度提高了学生实验实践学时。同时在“互联网+”时代背景下，课堂教学实质与形式都发生了巨大改变，信息技术对人们学习知识、掌握知识、运用知识提出了新的挑战。一些高校的实验室建设方向陆续从传统的台式机实验室向基于云平台技术的虚拟实验室改造发展。虚拟化实验室的云平台构建主要是为教学、实验、创新实践和科研提供实验环境和各种硬件服务器资源，并实现对实验室的管理、分配和监控的一系列解决方案。本文对经管类实验室现状进行总结，对云平台实验室与传统PC机实验室进行对比分析，论证了云平台实验室方案的可行性，并提出基于云平台的经管类实验室简单系统框架。
1 传统实训类实验室的现状
传统经管类PC机实验室，各类型实训软件运行在每一台学生机，结合集中访问服务器进行数据存储等方式实现教学活动，能够提高教学质量，但师生在教学活动中，还是遇到了一些问题。
与我不一样，乔三喜出来，家里人是同意的。他读不进书。他说，他喜欢书，书不喜欢他。书像迷魂药，让他迷糊，见到书就犯困。
1.1 管理不易
传统实验室管理模式不清晰，机房建设周期长，导致资源分散现象严重，设备型号不统一等问题难解决，后期升级融合难，硬件不易扩展，不兼容，无集中管理规划等。后期管理员需对每一台PC机进行单独管理，任务繁重。
1.2 机房固件升级难
随着互联网技术的迅速发展，校园内使用的台式机更新换代速度慢，多数机器使用年限远高于个人机，而目前硬件资源发展迅猛，5年前的机器很难保障现有软件顺利运行，机器运行速度慢，后期维修费用偏高。
1.3 设计规划陈旧
经管类的教学实训类软件对操作系统、数据库等基础软件要求纷繁复杂。传统机房实验室只能按照实训软件对硬件一级软件的不同要求建立多个实训实验室，资源浪费明显。
1.4 实验室利用率低
拥有经管类实验室的本科院校，部分具有会计专硕和管理类专硕的培养资格，本硕培养方式侧重点不同直接导致实验室费用需求高。同时会计实训类综合软件对运行速度、服务器抗压能力要求略高，传统的PC机设备老旧，运行缓慢，很多功能无法得到及时处理，阻碍教学过程，使教学遇到瓶颈问题。
为更好地满足市场需求，软件更新换代速度逐年加快，辽宁省高校资产类相关规定，电子产品使用8年可申请报废，实际情况中多数院校使用年限远超8年，传统的PC机配置很难跟上时代发展需求，常见做法是升级每一台PC机硬件，如主板、内存条等，此种方式价格昂贵，后期投入大。使用云技术，可以大大降低后期投入，综合调配资源池，灵活调整虚拟化比，在保证原有硬件全部都可以继续使用的同时，仅增购服务器即可支撑整个教室升级，节省后期投入。
1.5 教学延续性和数据安全性差
实践教学环节的软件更新是每个实验室必不可少的日常工作，传统方式需要安装软件之后通过网络同传去更新所有机器。而网络同传软件超过保质期后维护困难，经管类软件虚拟软件居多，软件空间占用大，对计算机运行速度要求快，导致每次同传消耗很长时间。在云平台背景下，软件更新仅需在管理服务器中操作，300 s内分发到客户端，节省大量的管理时间。
1.6 兼容性不灵活
传统实验室项目建设房间规划陈旧，软件安装过于固定，面积分散、资源分布不均衡，是部分院校很难处理的历史遗留问题，亟须重新设计规划。
由于颈源性头痛的发病机制十分复杂,每个患者的病灶部位不同,注射治疗要坚持个体化原则。经治的临床医师在进行注射疗法前,耍仔细分析该患者的病情,尽可能确认每个患者的具体病灶部位,有针对性地为其制定注射治疗方案。近十余年国内外专家治疗颈源性头痛主要应用:
操作系统内所有常用软件，在传统的PC机解决方案中，要全部装在本地，包括每一门课程的虚拟软件与办公软件等，长期使用PC机将变得臃肿缓慢。在云平台设计方案中，可以指定不同模板，针对不同专业不同课程，每个模板仅包含一门或几门课程必须软件，选择性净化删减系统软件，学生端运行速度快，教学效果好。
2 云平台实验室与传统PC机实验室的对比
2.1 软件维护省时省力
在学生上机操作对课件进行处理时，数据、系统的安全性会受到来自个人误操作及外部网络的各种威胁，学生插拔移动存储设备不规范，也容易导致设备端口损坏。为降低网络病毒威胁，传统实验室采用还原卡模式，每次重启重置系统，不利于教学数据的延续性，课后很难复制实验环境，同时对硬件的反复擦写也大大降低电子产品的使用寿命。使用寿命不高，带来的后续问题增多，资本投入较大。
2.2 硬件维护操作简单
根据上述的需求分析和部署环境的实际特点，使用云桌面技术方案整体规划与打造计算机教室，需充分考虑到已有的IT资源投入，适配网络、系统和应用架构，避免在构建过程中的大范围系统改造，降低系统复杂度和建设成本。云平台实验室设计方案主要包括以下模块。①服务器：云主机采用高性能服务器，需要配备性能卓越的处理器、高速固态存储、高速内存，搭载云桌面软件和教学管理软件。所有学生的课件操作及相关信息都将存储到控制端的服务器内，该服务器部署在教师机房内，实现对所有云桌面实验室内云终端的控制。②云终端：使用瘦客户机代替传统PC。所有学生PC主机箱替换为云终端，即瘦客户端，只保留一台显示器，由云终端负责与教师端的服务器进行通信，终端启动后会自动连接到虚拟桌面，除非教师控制，否则本地系统对学生不可见。③云桌面软件：云桌面软件需要具备高传输效率、低带宽占用的特点，提供更佳的性能和更好的体验。所有学生的云终端都与服务器通过云桌面技术进行通信，云桌面软件需要部署在服务器内，实现上课内容呈现。④教学管理软件：教学管理软件用于教师在云桌面实验室的日常授课，可以将课件上传到该系统内，直接同步传送到学生显示器中，教师与学生可以通过该平台进行互动。⑤网络环境搭建：为保证云桌面技术正常运行，需要提供千兆的接入带宽，故互联交换机需要提供千兆下联接口，同时需要铺设地板及网络布线。
2.3 融合性强，后期投入小
合理化的考核方式，对学生的学习动力可以起到有效激发的作用，多元化考核模式，更注重实践能力考核。建议考核方式主要由理论考试、上机实验考查以及平时成绩组成。其中，理论考试占50%，实验考查和平时成绩分别占40%、10%。其中，平时成绩主要由学生课堂考勤、课前预习情况、课堂表现、以及课后作业情况组成,课堂考勤占10%，后三项分别占平时成绩的30%。
电能替代技术主要指通过用电能来对存量及增量煤炭、石油、天然气进行替代，通过集中式、大规模利用以提高能源利用效率以及减少空气污染物的排放。同时，也能促进新能源就地利用情况，提升终端能源消费中的电能占比[4]。
2.4 课程软件自由删减
当人脸、人耳图像的表情、光照等变化比较明显，采用基于稀疏表示的分类方法不能取得鲁棒性良好的识别效果。但核方法能有效解决上述问题，它通过引入非线性映射来高效解决图像空间中的非线性可分问题，使测试样本被更准确地表示为同类训练样本的线性组合，从而明显提高识别率。将核方法引入稀疏表示理论中，提出核稀疏表示算法（KSRC）。
2.5 授课模式灵活不受时间以及空间限制
传统实践课授课模式受空间以及所装软件的限制，无法做到灵活授课，使用同一软件的课程只能顺次安排在同一实验室进行实践实训。基于云平台的实验室设计方案可根据课程需求设置不同的系统模板，给教师分发不同账号，分级管理，按角色分权。同时考虑到部分教师计算机水平有限，只有管理员可以登录管理平台进行虚拟机级操作，这样可以避免教师误操作对系统产生负面影响。教师通过各自账号绑定的认证方式登录所需个性化模板进行授课以及辅导实践。
2.6 安全性高
云桌面方案隔离了学生对本地系统的直接访问，通过虚拟化技术，将所有数据都存放在云端，降低本地损耗，大大提高了系统整体的安全性。用户访问虚拟桌面时，仅传输少量信息，如桌面图像变化和鼠标移动、键盘输入等，可实现对传输内容自动加密。业务数据在云端不落地，避免数据泄露的可能性。云平台技术亦可提供集中的、精细化的策略控制用户的访问授权，针对用户、网络位置、终端环境、应用、云主机等属性决定是否允许用户访问。
3 云平台实验室建设方案构成
传统方式是单台PC机维护，配件损坏需要更换。经管类实验软件使用频繁，每学期课程安排不同，导致每个学期开学时的调试必不可少，若每台PC机都单独调试，维护起来过于烦琐。而基于云平台技术，仅在服务器端进行维护，客户端出问题直接更换瘦客户机即可。瘦客户机体积小，更换简单，易于维修维护。
习近平总书记在党的十九大报告中强调：要坚持中国特色社会主义文化发展道路，激发全民族文化创新创造活力，建设社会主义文化强国。学校的灵魂便是文化，只有把文化建设好，才能够形成学校的文化特色，进而达到创建办学特色的目标。职业院校是国家教育阵地中重要的一员，肩负着继承与发展中国优秀传统文化的历史重任，在中国优秀文化的创新过程中发挥着重要的作用。如何在继承与发展中国优秀传统文化的同时推进职业院校文化育人素质教育的发展，让中国优秀传统文化融入全体师生生活的方方面面，提高职业院校文化育人教育水平，形成自身院校的办学特色，是当下职业院校面临的一项重要课题。
4 云平台实验室教学效果
4.1 保障教学连续性和数据安全性
教学系统稳健性得到进一步加强，在学生上机操作时对课件进行处理时，数据、系统的安全性会受到来自个人误操作及外部网络的各种威胁，为了防止人为或病毒攻击，需要提供一套安全保护措施，充分保证操作系统和数据应用系统的安全，同时要实现在多教室同时授课情况下，提高数据和系统的安全性和可靠性，制定灾难应对及恢复策略。
4.2 减少对现有环境的修改
在建设新机房的同时尽可能减少对学校现有网络环境和电路做修改。最好可以沿用原有旧机房直接改造，或者在新建机房时不需要部署强电，直接从普通教室升级而来即可。
4.3 保证教学应用系统及外围设备的兼容性
保证系统3～5年兼容现有教学应用系统，并能够随时支持新的教学场景切换。
4.4 实现最高效的教学应用系统的集中管理
充分考虑合理的运维费用和较小的运维服务难度，最大限度地降低综合的维护成本。兼顾到不同时期的各项软件应用及硬件设备，利用较小的代价改造这些系统。兼顾到与已有的各种教学管理系统和身份认证系统的兼容性，兼顾不同终端设备，包括PC，云终端等，兼顾多种外接设备，如USB设备、并口设备、串口设备等。
5 结 语
基于云平台的经管类实验室建设方案，打破时间以及空间对教学活动的限制，在利用率、安全性、稳定性等方面与传统PC机实验室机房相比，大幅度提高教学效率、减少资本投入、保障教学质量，因此基于云计算技术建立的经管类实验室更符合现代要求，在创新实践教学方面有效提升了学生的创新实践能力。
主要参考文献
［1］袁芬.基于云计算的虚拟计算机实验室构建与研究［J］.计算机时代，2014(3).
［2］马仕海.网络虚拟实验室的构建研究［J］.中国电力教育，2013(1).
［3］何珍文，郑祖芳，田宜平，等.云计算环境下空间数据库实验教学改革研究［J］.电脑知识与技术：学术交流，2018(2).
doi： 10.3969/j.issn.1673 - 0194.2019.24.096
［中图分类号］ TP391.6
［文献标识码］ A
［文章编号］ 1673-0194（2019）24-0204-02
［收稿日期］ 2019-11-12
标签：教学改革论文; 实验室建设论文; 实验教学论文; 云计算论文; 沈阳化工大学经济与管理学院论文;